Diseño de PCB de Alto Voltaje: Materiales, Seguridad y Mejores Prácticas

Al crear un PCB para polarización DC de alto voltaje, los estándares y precauciones se vuelven mucho más estrictos. Los materiales para PCB de alto voltaje y el diseño para prevención de arco garantizan que el producto final sea seguro y funcional. Evite costos incrementados y peligros teniendo en cuenta estos materiales y consejos de diseño para PCB.

Materiales para PCB de Alto Voltaje

Los materiales utilizados en el diseño de PCB de alto voltaje deben mantener un rendimiento óptimo tanto en entornos regulares como en eventos de sobrevoltaje a medida que envejecen. Considere los siguientes materiales para los componentes principales de su PCB:

• Material de la placa base: Al elegir materiales para su PCB, debe priorizar la propia placa. Proporciona la base para el resto de la funcionalidad del PCB, así que evalúe todos los factores de su diseño antes de solicitar el material. El laminado FR4 ofrece una rigidez dieléctrica muy alta, pero tiene una estructura de borde débil y vulnerabilidad a la contaminación. La resina epoxi BT proporciona buena resistencia en general, pero solo se adapta a aplicaciones selectas debido a sus paredes laterales fuertes. Los laminados de alto voltaje tienen un rendimiento muy alto pero también precios elevados.
• Cobre: El cobre utilizado para crear los vias de su PCB debe tener un peso suficiente para soportar altas corrientes y tensiones mecánicas. El PCB debe incluir circuitos y materiales de cobre pesado (4-10 oz) o extremo (10-50 oz).
• Resina y vidrio: Aunque técnicamente no son un componente principal del PCB, los niveles de resina y vidrio en su placa influirán en su durabilidad en situaciones de alto voltaje. Una placa con alto contenido de resina y un estilo de vidrio pequeño ofrecen las mejores propiedades dieléctricas.

Para determinar si un material proporcionará suficiente aislamiento para sobrevivir a una polarización DC de alto voltaje, investigue su Índice de Rastreo Comparativo (CTI). El CTI de un material indica el voltaje en el que comienza a degradarse en una prueba estandarizada. Las empresas que fabrican laminados para PCB comparten las cifras de CTI de sus productos en las hojas de datos. Los números CTI vienen en seis categorías, desde 0 (>600 V) hasta 5 (<100 V), siendo la Categoría 5 la que expresa el nivel más bajo de aislamiento. Estándares industriales como IEC-60950-1 e IPC-2221 también mencionan materiales recomendados para PCB de alto voltaje.

Recuerde que, además de usar un material adecuado para entornos de alto voltaje, debe encontrar una opción que resista otros factores ambientales. Un PCB con altos estándares de aislamiento también podría requerir materiales que funcionen en aplicaciones de alto vacío o alta presión.

Consejos de Diseño para PCB de Alto Voltaje

Una vez que elija los materiales de su PCB, su fabricante debe seguir principios de diseño que aumenten su idoneidad para polarización DC de alto voltaje, tales como:

• Crear un acabado de superficie liso para minimizar la posibilidad de arcos
• Seguir estándares de seguridad para el espaciado
• Reducir rebabas en los bordes de la placa después del fresado
• Evitar esquinas afiladas en el diseño de pistas y pads

Clareo vs. Rastreo en PCB

Los PCB tienen requisitos de espaciado estrictos medidos en rastreo (creepage) y clareo (clearance). En entornos de alto voltaje, un arco puede formarse fácilmente entre dos elementos conductivos del PCB. Espaciar correctamente los componentes reduce el riesgo de que ocurra un arco. El clareo y el rastreo determinan este espaciado. El clareo se refiere a la distancia a través del aire entre dos conductores. Si dos elementos conductivos no tienen suficiente clareo, un evento de sobrevoltaje puede causar un arco entre ellos. El rastreo también representa la distancia entre dos conductores, pero sobre la superficie del material en lugar de a través del aire. Un rastreo adecuado garantiza que los componentes de la placa no se vuelvan demasiado densos.

Aplicaciones de Alto Voltaje

Más industrias de las que podría imaginar requieren PCB que soporten alto voltaje. Condiciones como la baja presión atmosférica hacen que los voltajes arquen a una tasa mayor, por lo que algunas aplicaciones que no usan inmediatamente alta corriente aún necesitan un PCB con buen diseño. Los clientes necesitan estos PCB para aplicaciones que involucran:

• Naves espaciales y otros equipos espaciales
• Aeronaves de gran altitud
• Láseres de alta tecnología
• Fuentes de alimentación para colisionadores de partículas

Los PCB que funcionan en aplicaciones de alto voltaje alimentan las tecnologías más innovadoras disponibles hoy. Ingenieros, científicos e investigadores usan esta tecnología para avanzar en nuestra comprensión del mundo y desarrollar tecnología aún más avanzada. Cuando crea un producto con un PCB de alto voltaje, contribuye a campos STEM de vanguardia.

Más Información sobre PCB

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